wait和waitpid的区别及使用方法

1. 概念理解

在POSIX系统中，wait()和waitpid()是两种常用系统调用的主要区别在于执行时的行为特征和作用效果。本文将从功能与行为特点入手，系统分析两者之间的根本差异。

2. 阻塞与非阻塞

2.1 阻塞机制

wait()函数的行为：调用wait()会使得当前进程阻塞，直到它的任意一个子进程结束才会返回。子进程结束会引发SIGCHLD信号，当该信号未被处理或处理结果不明确时，进程会保持阻塞状态。

阻塞条件：如果有一个子进程结束，不管其他子进程是否继续运行，父进程都将被阻塞，直到某种方式唤醒它。这种规则与子进程的终止状态直接相关。

2.2 非阻塞机制

waitpid()函数的行为：调用waitpid()与wait()不同之处在于，调用者可以选择等待特定进程ID或设置为非阻塞模式。实现上，waitpid()的非阻塞行为通过WNOFILLPG标志位控制。在非阻塞模式下，可继续执行其他任务，当有SIGCHLD信号被触发时，通过waitpid()获取子进程的终止状态，而不会阻塞当前执行流程。

2.3 特殊情境

已终止的子进程：如果已有子进程终止并等待父进程确认，其信息可以立即被获取，无需继续等待。

No child,即没有子进程：调用waitpid()如果父进程不存在子进程，系统会立即返回错误，避免无效等待。

3. 等待子进程状态的获取

3.1 wait函数的特点

单次等待：wait()函数执行后，会返回当有一个子进程终止时的信息。此时需要多次调用wait()以获取所有子进程的终止状态。

阻塞默认设置：需要通过信号处理机制，比如设置SA_NOCHLD来防止父进程被阻塞，否则子进程可能成为僵尸进程。

3.2 waitpid函数的特点

条件等待：waitpid()允许在等待特定子进程时，处理多个子进程终止事件，不会阻塞当前进程。

进程选择灵活：可以通过进程ID或正例如选择等待哪些进程，适用于多个子进程的情况。

4. 与SIGCHLD信号的关系

4.1 信号默认处理

系统默认设置：子进程终止时，会触发SIGCHLD信号，父进程若未设置SA_NOCHLD，会，默认地安装SA_ONSTACK处理程序，导致wait()函数被调用，从而防止子进程成为僵尸。

4.2 专家级处理方式

信号处理程序管理：开发者可以在自己的信号处理函数中，自行调用wait()或waitpid()，以控制何时和如何接收子进程终止信息，从而灵活管理父进程的等待行为。

5. 父进程的同步与异步模式

5.1 同步模式

默认阻塞处理：使用wait()并默认处理SIGCHLD信号时，父进程会以同步方式等待子进程终止。在此模式下，父进程必须等待子进程完成后才能继续其他任务，避免资源竞争。

5.2 异步模式

信号捕获与处理：通过安装自己的SIGCHLD信号处理函数，可以在不阻塞的情况下，异步获取子进程终止信息。这种方式允许父进程在多任务处理中，及时响应子进程事件。

6. wait函数何时返回？

状态变化触发：wait()函数返回时，总是伴随着某个子进程的终止状态。

被设置为SA_INTERRUPT：在特殊情况下，父进程可以被中断，绕过正常的等待逻辑。

7. wait函数之与SIGCHLD信号的关系

7.1 信号来源

里程碑事件：一旦一个子进程终止，内核会向父进程发送SIGCHLD信号，触发等待逻辑。

7.2 信号的重要性

状态通知机制：这是内核向父进程传递子进程终止信息的关键方式，使得父进程才能知晓子进程的状态变化。

8. 总结

wait()和waitpid()是POSIX系统中等待子进程终止的两大工具，两者的主要差别在于执行方式和控制能力。选择哪个函数取决于具体需求：如果需要防止阻塞且灵活处理多个终止事件，可以用waitpid()；如果只需要简单等待子进程终止，可以用wait()。通过合理配置信号处理，父进程可以实现既高效又灵活的多任务处理。

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